ES2861158T3 - Sistema de transferencia de fluidos - Google Patents
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Abstract
Un sistema para transferir un fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial, en donde el sistema incluye la primera nave espacial que comprende un sistema de transferencia de fluido que comprende: un sistema de suministro de presurizante (30); un primer tanque de fluido (10) configurado para almacenar un fluido a transferir, una o más líneas de alimentación de transferencia (20) configuradas para proporcionar una conexión fluida entre el primer tanque de fluido (10) y la segunda nave espacial, un conector (50) para conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial, un tanque acumulador (40) que comprende: una primera porción (41) conectada al sistema de suministro de presurizante (30), una segunda porción (42) configurada para estar en comunicación de fluidos con una o más líneas de alimentación de transferencia (20), y un separador flexible (43) dispuesto para separar la primera porción (41) y la segunda porción (42); en donde el sistema de suministro de presurizante (30) está dispuesto para suministrar gas presurizante al primer tanque de fluido (10) para presurizar el primer tanque de fluido (10) y para suministrar gas presurizante a la primera porción (41) del tanque acumulador (40) para presurizar la primera porción (41) del tanque acumulador (40).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de transferencia de fluidos
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un sistema de transferencia de fluido para una nave espacial y a un método de transferencia de fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial.
Antecedentes
El concepto de transferir fluido en el espacio se conoce. En particular, la transferencia de carburante en el espacio se puede llevar a cabo mediante el uso de presión o mediante una bomba y los sistemas de transferencia de fluidos se pueden encontrar, por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional (ISS).
Sin embargo, estos sistemas conocidos no se consideran "limpios" ya que purgan el carburante al espacio. La purga de fluido, tal como carburante, hacia el espacio puede crear riesgos de contaminación para la nave espacial, puede resultar en el recubrimiento de los instrumentos e incluso puede alterar las propiedades térmicas de las superficies externas.
Por lo tanto, existe la necesidad de crear un sistema para transferir fluido en el espacio que no requiera purgar el fluido al espacio.
La patente de los Estados Unidos núm. US 2012325972 da a conocer una herramienta robótica de repostaje de satélites y la patente de los Estados Unidos núm. US7257940 da a conocer un dispositivo y un método para bombear un fluido.
Resumen de la invención
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un programa informático de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende instrucciones que, al ser ejecutadas por un ordenador, hacen que el ordenador realice las etapas de transferir un fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial, en donde la primera nave espacial comprende: un sistema de transferencia de fluido que comprende: un primer tanque de fluido configurado para almacenar un fluido a transferir; una o más líneas de alimentación de transferencia configuradas para proporcionar una conexión fluida entre el primer tanque de fluido y la segunda nave espacial; y un tanque acumulador que comprende: una primera porción conectada a un sistema de suministro presurizante; una segunda porción en conexión fluida con una o más líneas de alimentación de transferencia; y un separador flexible dispuesto para separar la primera porción y la segunda porción; que comprende las etapas: cebar el sistema de transferencia de fluido liberando fluido desde el primer tanque de fluido hacia una o más líneas de alimentación de transferencia y la segunda porción del tanque acumulador; conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial; transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial; ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia ajustando la presión de la primera porción del tanque acumulador; y desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial.
En algunas modalidades, la etapa de cebar el sistema de transferencia de fluido comprende liberar fluido del primer tanque de fluido de manera que la presión del primer tanque de fluido, la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia y la presión del tanque acumulador sean iguales.
En algunas modalidades, la etapa de ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia se realiza antes de la etapa de conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial y/o antes de la etapa de desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial.
En algunas modalidades, el primer tanque de fluido se aísla cerrando una válvula ubicada entre el primer tanque de fluido y una o más líneas de alimentación de transferencia antes de la etapa de ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia.
En algunas modalidades, el tanque acumulador se aísla cerrando una válvula ubicada entre la segunda porción del tanque acumulador y una o más líneas de alimentación de transferencia antes de la etapa de transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial.
En algunas modalidades, aumentar la presión de la segunda porción del tanque acumulador y una o más líneas de alimentación de transferencia comprende presurizar la primera porción del tanque acumulador liberando un gas presurizante del sistema de suministro de presurizante.
En algunas modalidades, disminuir la presión de la segunda porción del tanque acumulador y una o más líneas de alimentación de transferencia comprende ventilar gas presurizante desde la primera porción del tanque acumulador abriendo una o más válvulas conectadas a un puerto de ventilación.
En algunas modalidades, el sistema de transferencia de fluido comprende además un brazo robótico, en donde una o más líneas de alimentación de transferencia pasan a través del brazo robótico.
En algunas modalidades, antes de la etapa de conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial y/o antes de la etapa de desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial, se despresuriza la primera porción del tanque acumulador para disminuir la presión de las líneas de alimentación de transferencia a aproximadamente 2 bar.
En algunas modalidades, la presión requerida para transferir el fluido se determina midiendo la presión en el primer tanque de fluido, determinando la presión de un segundo tanque de fluido ubicado en la segunda nave espacial y configurado para recibir el fluido del primer tanque de fluido y ajustando la presión del sistema de transferencia de fluido para que sea mayor que la presión del segundo tanque de fluido mediante el uso de un sistema de suministro de presurizante.
En algunas modalidades, el programa informático comprende instrucciones adicionales, que al ser ejecutadas por el ordenador, hacen que el ordenador realice la etapa de transferir fluido a una tercera nave espacial repitiendo todas las etapas de la reivindicación 1 excepto la etapa de cebado.
De acuerdo con la reivindicación 1, se proporciona un sistema para transferir un fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial, en donde la primera nave espacial comprende un sistema de transferencia de fluido que comprende: un sistema de suministro de presurizante; un primer tanque de fluido configurado para almacenar un fluido a transferir, una o más líneas de alimentación de transferencia configuradas para proporcionar una conexión fluida entre el primer tanque de fluido y la segunda nave espacial, un conector para conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial, un tanque acumulador que comprende: una primera porción conectada al sistema de suministro de presurizante, una segunda porción configurada para estar en comunicación fluídica con una o más líneas de alimentación de transferencia, y un separador flexible dispuesto para separar la primera porción y la segunda porción; en donde el sistema de suministro de presurizante está dispuesto para suministrar gas presurizante al primer tanque de fluido para presurizar el primer tanque de fluido y para suministrar gas presurizante a la primera porción del tanque acumulador para presurizar la primera porción del tanque acumulador.
En algunas modalidades, el tanque acumulador de acuerdo con el segundo aspecto está configurado de manera que la presión de la segunda porción se ajusta modificando la presión de la primera porción.
En algunas modalidades, el conector de acuerdo con el segundo aspecto comprende un brazo robótico, en donde el brazo robótico comprende una tubería rígida y/o una tubería flexible y una o más líneas de alimentación de transferencia pasan a través del brazo robótico.
En algunas modalidades, el conector de acuerdo con el segundo aspecto comprende una interfaz de acoplamiento dedicada.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:
La figura 1 ilustra un sistema para transferir fluido.
La figura 2A ilustra un sistema para transferir fluido antes del lanzamiento.
La figura 2B ilustra un sistema para transferir fluido después de cebar las líneas de alimentación de transferencia.
La figura 2C ilustra un sistema para transferir fluido durante el ajuste de presión.
La figura 3 ilustra un método de transferencia de fluido.
La figura 4 ilustra un procesador para un sistema de transferencia de fluido.
Descripción detallada
La figura 1 ilustra un sistema para transferir fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial. El sistema comprende un sistema de transferencia de fluido, que comprende un primer tanque de fluido 10 configurado para almacenar un fluido a transferir. Las líneas de alimentación de transferencia 20 proporcionan una conexión fluida entre el primer tanque de fluido 10 y la segunda nave espacial (no mostrada). Un sistema de suministro de presurizante 30 está dispuesto para suministrar gas presurizante al primer tanque de fluido 10 con el fin de presurizar el primer tanque de fluido 10 y también está conectado a un tanque acumulador 40. El sistema comprende adicionalmente un conector 50 para conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial, reguladores electrónicos de presión 60, puertos de ventilación 70, un sistema de propulsión 80 para maniobrar la primera nave espacial y líneas de evacuación 90A y 90B.
El sistema también comprende un brazo robótico 100, a través del cual pasan las líneas de alimentación de transferencia 20.
En algunas modalidades, el fluido contenido dentro del primer tanque de fluido 10 es un líquido.
En algunas modalidades, el primer tanque de fluido 10 comprende carburante. Por lo tanto, el primer tanque de fluido 10 se puede denominar tanque de almacenamiento de carburante. Cuando el primer tanque de fluido 10 comprende carburante, se puede usar como fuente de carburante para maniobrar la primera nave espacial además de almacenar el carburante que se va a transferir. Los ejemplos de carburante incluyen: óxidos mixtos de nitrógeno, tales como óxido nítrico al 3 %, monometilhidrazina e hidrazina.
En algunas modalidades, el primer tanque de fluido 10 comprende uno o más puertos de prueba para pruebas en tierra y presurización en vuelo. Preferentemente, cada puerto de prueba es del tipo de tres barreras, para cumplir con los requisitos de seguridad en tierra del sitio de lanzamiento.
En algunas modalidades, el primer tanque de fluido 10 se puede aislar del resto del sistema. Por ejemplo, durante las fases de transferencia no carburante, el fluido contenido en el primer tanque de fluido 10 se aísla de las líneas de alimentación de transferencia por medio de válvulas (no mostradas), tales como válvulas de solenoide de control de flujo y válvulas de cierre.
En algunas modalidades, el primer tanque de fluido 10 puede estar presurizado. Por ejemplo, el primer tanque de fluido se puede presurizar a aproximadamente 10 bar.
Las líneas de alimentación de transferencia 20 están configuradas para dirigir el flujo de fluido desde el primer tanque de fluido 10 a la segunda nave espacial o al tanque acumulador 40.
En algunas realizaciones, las líneas de alimentación de transferencia 20 comprenden válvulas (no mostradas) y un orificio (no mostrado) aguas abajo del primer tanque 10 de fluido. Se pueden usar válvulas, como válvulas de solenoide, para aislar distintas partes del sistema de transferencia de fluido.
Además, en algunas modalidades, una válvula de llenado y drenaje ubicada en las líneas de alimentación de transferencia 20 también se puede usar para pruebas en tierra de las líneas de alimentación de transferencia 20.
En algunas modalidades, se puede incorporar un filtro (no mostrado) en las líneas de alimentación de transferencia 20 aguas arriba de cualquier válvula, con el fin de proteger cualquier asiento de válvula aguas abajo y evitar la obstrucción de los orificios de flujo.
En algunas modalidades, un transductor de baja presión está ubicado aguas abajo del primer tanque de fluido 10 y proporciona un control preciso de la presión del fluido que sale del tanque 10.
En algunas modalidades, la primera nave espacial está conectada a la segunda nave espacial mediante el uso de un brazo robótico 100. Cuando está presente un brazo robótico 100, las líneas de transferencia 20 se pasan a través del brazo robótico 100.
En algunas modalidades, la primera nave espacial está conectada a la segunda nave espacial mediante el uso de una interfaz de acoplamiento dedicada que está configurada para acoplar la primera nave espacial con la segunda nave espacial y también hacer la conexión fluida entre las dos naves espaciales al mismo tiempo que el acoplamiento.
En algunas modalidades, las secciones de brazo recto del brazo robótico 100 están equipadas con tuberías rígidas y se emplean tuberías flexibles alrededor de las juntas. La presión en las líneas de alimentación de transferencia que pasan a través del brazo robótico puede oscilar entre aproximadamente 2 bar y 15 bar.
En algunas modalidades, toda la longitud del brazo robótico 100 comprende una tubería dura/rígida. En otras modalidades, toda la longitud del brazo robótico 100 comprende una tubería flexible.
El sistema de suministro de presurizante 30 comprende un tanque de almacenamiento de presurizante y un gas presurizante, como helio. El sistema de suministro de presurizante 30 está configurado para presurizar el primer tanque de fluido 10 y el tanque acumulador 40.
En algunas modalidades, el sistema de suministro de presurizante 30 puede estar equipado con un transductor de alta presión (HPT) para controlar la presión y una válvula de llenado y drenaje para pruebas en tierra y carga de presurizante en vuelo.
En algunas modalidades, el sistema de suministro de presurizante se puede aislar del resto del sistema por medio de una válvula de aislamiento, tal como una válvula de aleación con memoria conformada (SMA). Este aislamiento permite la
prueba en tierra de las secciones de bajo volumen sin necesidad de presurizar el tanque de presurizante y también proporciona una barrera que separa las secciones de alta y baja presión.
El tanque acumulador comprende una primera porción 41 conectada al sistema de suministro de presurizante 30, una segunda porción 42 configurada para estar en comunicación fluídica con las líneas de alimentación de transferencia 20, y un separador flexible 43 dispuesto para separar físicamente la primera porción 41 y la segunda porción 42 de modo que la primera porción 41 no esté contaminada con vapor carburante.
En algunas modalidades, el separador flexible 43 comprende un material metálico o polimérico, tal como acero inoxidable, aluminio, titanio, politetrafluoroetileno (PTFE) o caucho monómero de etileno propileno dieno (EPDM).
En algunas modalidades, el separador flexible es similar a un fuelle o un diafragma.
En otras modalidades, el separador flexible es similar a un pistón.
En algunas modalidades, el tanque acumulador 40 está configurado para proporcionar un volumen intermedio para el cebado inicial del sistema.
En algunas modalidades, el tanque acumulador 40 está configurado para aumentar y disminuir la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 presurizando y despresurizando la primera porción 41. La alteración de la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 de esta manera elimina la necesidad de purgar fluido en las líneas de alimentación de transferencia 20 al espacio.
En algunas modalidades, el tanque acumulador 40 está configurado para asegurar que cualquier gas presurizante ventilado en las proximidades de la segunda nave espacial no esté contaminado con vapor del fluido a transferir, asegurando así un enfoque de "espacio limpio".
En algunas modalidades, la presión en todo el sistema se puede regular mediante el uso de dos reguladores de presión electrónicos (EPR), uno para el primer tanque de fluido 10 y otro para el tanque acumulador 40.
Los EPR permiten una regulación simple de la presión mientras dure la misión y son ventajosos porque el punto de ajuste del regulador se puede cambiar según sea necesario en cualquier etapa de la misión. Como resultado de ello, la presión del primer tanque de fluido 10 se puede modificar para adaptarse al funcionamiento del propulsor, es decir, maniobras de encuentro o transferencia de fluido según se requiera.
En algunas modalidades, cada EPR comprende: varios puertos de prueba para pruebas en tierra y presurización en vuelo; transductores de presión para la detección de presión para el funcionamiento del regulador de presión electrónico y control de presión para controles de salud; y válvulas de solenoide doble para proporcionar la capacidad de regulación, que también actúan para proporcionar barreras que separan las secciones de alta y baja presión.
En algunas modalidades, el requerimiento de presurizante de la misión se logra almacenando gas presurizante a alta presión en el tanque de almacenamiento de presurizante. La alta presión se puede regular hasta la presión operativa del primer tanque de fluido 10 y del tanque acumulador 40.
En algunas realizaciones, los EPR se aíslan del primer tanque de fluido 10 y del tanque acumulador 40 por medio de una válvula de aislamiento, tal como una válvula de aislamiento de aleación con memoria conformada. Esta válvula de aislamiento permite realizar pruebas en tierra de la sección de regulación de presión sin necesidad de presurizar las secciones del tanque.
En algunas modalidades, el sistema de transferencia de fluido tiene dos reguladores de presión. Su función es reducir la alta presión en el tanque de almacenamiento de presurizante a la presión más baja requerida para los componentes aguas abajo, como los tanques, los conectores de la válvula de llenado y drenaje y el brazo robótico, y suministrar esta presión según la demanda.
Como se ilustra en la figura 1, el sistema comprende dos líneas de evacuación 90A y 90B. Una primera línea de evacuación 90A está en comunicación fluídica con las líneas de alimentación de transferencia 20 y una segunda línea de evacuación 90B está en comunicación fluídica con la primera parte 41 del tanque acumulador 40.
Las líneas de evacuación 90A y 90B funcionan en combinación con los puertos de ventilación 70 para proporcionar una evacuación inicial de las líneas de alimentación de transferencia de carburante para limpiar las líneas de gas presurizante antes del cebado del carburante, y para proporcionar un medio para reducir la presión en la primera porción 41 del tanque acumulador 40, reduciendo así la presión en la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 y las líneas de alimentación de transferencia 20.
En algunas modalidades, el sistema de propulsión 80 comprende un sistema de propulsión química diseñado para ayudar a maniobrar la primera nave espacial y a las maniobras de encuentro.
En algunas modalidades, el sistema de propulsión química es un sistema bicarburante alimentado por el carburante del primer tanque de fluido 10. Preferentemente, el carburante se suministra al sistema de propulsión 80 aguas abajo de un filtro de tanque de carburante para proteger los asientos de válvulas aguas abajo. La fusión de los sistemas de reabastecimiento y propulsión permite la proporcionar la funcionalidad de propulsión con la adición de componentes mínimos, reduciendo así los costos.
En algunas modalidades, el sistema de propulsión 80 comprende propulsores de doble válvula.
En algunas modalidades, el sistema de propulsión 80 comprende válvulas de cierre que actúan para aislar el sistema de propulsión del sistema de repostaje.
En algunas modalidades, la segunda nave espacial es una que está en órbita y no está diseñada para recibir fluido después del lanzamiento. En tales situaciones, puede ser necesario un adaptador para realizar la conexión fluida entre las dos naves espaciales.
En algunas realizaciones, la segunda nave espacial está configurada para recibir fluido y, por lo tanto, no será necesario el adaptador.
Ciertos componentes, como el conector entre la primera nave espacial y la segunda nave espacial, y el brazo robótico, pueden ser sensibles a la presión. En particular, estos componentes solo pueden funcionar a bajas presiones. Por ejemplo, el fluido almacenado en el primer tanque de fluido 10 puede estar a una alta presión de aproximadamente 10 bar o aproximadamente 15 bar. Una vez que se ha abierto una válvula ubicada entre el primer tanque de fluido 10 y las líneas de alimentación de transferencia 20 , la presión relativamente alta del primer tanque de fluido 10 presuriza las líneas de alimentación de transferencia 20 y la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 a aproximadamente la misma presión que el primer tanque de fluido 10, es decir, aproximadamente 10 bar o aproximadamente 15 bar. Sin embargo, es posible que el conector entre la primera nave espacial y la segunda nave espacial no pueda proporcionar una conexión fluida entre las dos naves espaciales cuando se presuriza a un grado tan alto. Además, una vez que el fluido se ha transferido a una segunda nave espacial, la presión en el conector puede ser demasiado alta como para que el conector se desconecte. En particular, la presión en el conector después de transferir el fluido puede ser de aproximadamente 10 bar o aproximadamente 15 bar; sin embargo, para desconectarse de la segunda nave espacial, la presión en el conector se debe reducir a aproximadamente 2 bar.
Por lo tanto, durante la vida útil de la nave espacial, existe la necesidad de operar el sistema a una variedad de presiones.
El tanque acumulador permite alterar la presión en las líneas de alimentación de transferencia sin purgar fluido al espacio.
Por ejemplo, el aumento y la disminución de presión en las líneas de alimentación de transferencia se modifica mediante la presurización y despresurización de la primera porción 41 del tanque acumulador 40. En particular, para disminuir la presión de las líneas de alimentación de transferencia 20, el gas presurizante de la primera porción 41 del tanque acumulador 40 se ventila a través de la línea de evacuación 90B. Dicha ventilación produce una disminución de la presión en la primera porción 41 del tanque acumulador 40. Para aumentar la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20, se invierte la operación. Por lo tanto, cuando se desea un aumento de presión, se introduce gas a presión en la primera parte 41 del tanque acumulador 40.
En algunas modalidades, la despresurización de la primera porción 41 del tanque acumulador 40 ocurre mientras la primera nave espacial está conectada a la segunda nave espacial.
En algunas modalidades, es posible que sea necesario que el brazo robótico esté a baja presión, por ejemplo, alrededor de 2 bar, para que se pueda mover.
La figura 2A representa un sistema simplificado del representado en la figura 1 e ilustra el sistema de transferencia de fluidos en el momento del lanzamiento. En particular, el sistema comprende un primer tanque de fluido 10 lleno de un fluido 11.
Preferentemente, la presión de este tanque es de aproximadamente 10-12 bar, de modo que el tanque 10 pueda soportar las presiones experimentadas durante el lanzamiento.
El primer tanque de fluido está aislado del resto del sistema de transferencia mediante el uso de una válvula 12, como una válvula solenoide. Preferentemente, las líneas de alimentación de transferencia 20 se mantienen presurizadas a baja presión con un gas presurizante, tal como helio. Esto minimiza el efecto de posibles fallas en estas secciones.
El separador flexible 43 en el tanque acumulador 40 está en un estado contraído y la primera porción del tanque acumulador está presurizada con gas presurizante. Preferentemente, la primera porción del tanque acumulador se presuriza a una presión de aproximadamente 2-5 bar.
En algunas modalidades, antes de cebar el sistema de transferencia de fluidos por primera vez, se puede realizar una verificación del estado del sistema en el sistema de transferencia de fluidos por medio de telemetría de presión y temperatura para verificar que no se hayan producido fallas durante el lanzamiento que provoquen fugas del sistema.
Antes del cebado, las líneas de alimentación de transferencia se evacuan de cualquier gas presurizante abriendo la línea de evacuación 90A en conexión fluida con las líneas de alimentación de transferencia.
La figura 2B muestra el sistema de transferencia de fluido después del cebado inicial. En particular, la válvula 12 se ha abierto, permitiendo que el fluido 11 fluya desde el primer tanque de fluido 10 hacia las líneas de alimentación de transferencia 20 y la segunda porción 42 del tanque acumulador 40.
Debido a la alta presión en el primer tanque de fluido de aproximadamente 10-12 bar, una vez que se ha abierto la válvula 12, las líneas de alimentación de transferencia 20, la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 y la primera porción 41 del tanque acumulador 40 se presurizan a la misma presión. Alternativamente, una vez que se ha abierto la válvula 12, las presiones del primer tanque de fluido 10, las líneas de alimentación de transferencia 20 y la primera 41 y la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 se equilibran. Por lo tanto, una vez que se ha abierto la válvula 12 y se ha cebado el sistema, la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 y la primera porción 41 y la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 es de aproximadamente 10 bar.
En algunas realizaciones, el caudal de fluido que sale del primer tanque de fluido 10 con el ciclo de trabajo de las válvulas de solenoide ubicadas aguas abajo del primer tanque de fluido 10.
El separador flexible 43 ubicado dentro del tanque acumulador 40 se ha expandido en respuesta al aumento de fluido y presión en la segunda porción 42 del tanque acumulador 40.
Una vez que la presión del fluido en las líneas de alimentación de transferencia 20 y la segunda porción 42 del tanque acumulador 40 son iguales a la presión del fluido en el primer tanque de fluido 10, el primer tanque de fluido 10 se aísla del resto del sistema cerrando la válvula 12. En esta etapa, se puede realizar una verificación de fugas.
Una vez que se confirma que las secciones cebadas son herméticas, la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 se reduce a aproximadamente 2 bar, como se muestra en la figura 2C. Esto se logra ventilando gas presurizante (ver flechas) desde la primera porción 41 del tanque acumulador 40 y por lo tanto disminuyendo la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20. Una vez que la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 es de aproximadamente 2 bar, la primera nave espacial puede permanecer en este estado hasta que una segunda nave espacial requiera la transferencia de fluido. Esta etapa se puede denominar "modo de espera".
Una vez que la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20 es de aproximadamente 2 bar, la primera nave espacial puede hacer una conexión fluida con una segunda nave espacial.
Una vez conseguida la conexión fluida, las líneas de alimentación de transferencia 20 se vuelven a presurizar. Para volver a presurizar las líneas de alimentación de transferencia 20, se introduce gas presurizante en la primera porción 41 del tanque acumulador 40, aumentando así la presión en la primera porción 41, aumentando así la presión en las líneas de alimentación de transferencia 20.
Una vez que las líneas de alimentación de transferencia 20 se vuelven a presurizar, el tanque acumulador se aísla del resto del sistema de transferencia mediante el uso de una válvula, como una válvula solenoide.
Antes de que el sistema esté listo para transferir fluido a la segunda nave espacial, se debe determinar la presión óptima para la transferencia. En particular, la presión requerida depende de la presión, el volumen y la proporción de llenado del tanque en la segunda nave espacial, el volumen y la proporción de llenado del primer tanque de fluido 10 y la cantidad de fluido a transferir. En algunas modalidades, esto se logra determinando la presión en un tanque ubicado en la segunda nave espacial y configurado para recibir el fluido. Una vez que se determina esta presión, se establece la presión en el primer tanque de fluido y las líneas de alimentación de transferencia. Esto se logra introduciendo gas presurizante en el primer tanque de fluido.
En algunas modalidades, la presión del fluido en las líneas de alimentación de transferencia 20 se presuriza a 1 bar más que el tanque en la segunda nave espacial. Esto asegura un gradiente de presión positivo desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial.
El fluido se puede transferir en dos modos, regulado y/o soplado, dependiendo de la presión delta inicial entre las dos naves espaciales.
En algunas modalidades, donde hay suficiente presión delta para realizar la transferencia completa de fluido, el fluido se transferirá en modo de soplado y el caudal puede ser controlado por las válvulas ubicadas directamente aguas abajo del primer tanque de fluido 10.
En algunas modalidades, la presión del tanque ubicado en la segunda nave espacial se proporcionará a través de la telemetría de la nave espacial desde la segunda nave espacial.
En algunas modalidades, si la presión delta inicial es suficiente para lograr el caudal deseado, el fluido se transferirá en modo regulado, con un EPR manteniendo la presión delta. Cuando se haya transferido la mayor parte de la cantidad requerida de fluido, el resto del fluido se transferirá en modo de soplado y la transferencia de fluido se detendrá automáticamente cuando el primer tanque de fluido 10 y el tanque de la segunda nave espacial estén en equilibrio. La presión a la que esto ocurre se determinará previamente mediante análisis.
En algunas modalidades, la presión delta inicial puede ser mayor que la necesaria para iniciar la transferencia de fluido, pero no suficiente para completar la transferencia, el fluido se transferirá en modo de soplado hasta que se alcance la presión para mantener el caudal deseado. Una vez que esto ocurre, se puede activar un EPR para mantener la presión delta y cuando se ha transferido la mayor parte de la cantidad requerida de fluido, el resto del fluido se puede transferir en modo de soplado.
Para transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial, una vez que se ha optimizado la presión, se abre una válvula. A continuación, el fluido se puede transferir a la segunda nave espacial mediante soplado o por presión regulada, como se describe anteriormente.
En algunas modalidades, el caudal de fluido a transferir es de aproximadamente 5 cm3/s. Cuando el fluido se transfiere a un caudal de aproximadamente 5 cm3/s, es más fácil mantener un flujo estable, condiciones térmicas y permitir un control preciso de la presión.
La transferencia de fluido cesará cuando el tanque de la segunda nave espacial alcance un valor predeterminado, lo que indica que se ha transferido la cantidad requerida de fluido.
Una vez que se transfiere la cantidad deseada de fluido a la segunda nave espacial, se puede cerrar la válvula. Sin embargo, para desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial, es necesario disminuir la presión en las líneas de alimentación de transferencia. Esto se debe a que componentes específicos, como el conector y el brazo robótico, no se pueden mover mientras se encuentran sometidos a alta presión. Por lo tanto, la primera nave espacial no se puede desconectar de la segunda nave espacial hasta que se haya reducido la presión. La presión en las líneas de alimentación de transferencia se reduce ventilando gas presurizante desde la primera porción del tanque acumulador como se describió anteriormente. Cuando la presión en las líneas de alimentación de transferencia ha disminuido a aproximadamente 2 bar, la primera nave espacial se puede desconectar de la segunda nave espacial.
La primera nave espacial ahora permanece en "modo de espera" hasta que se conecte a una tercera nave espacial.
En la figura 3 se ilustra un método para transferir fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial.
El método comprende lanzar la nave espacial y cebar las líneas de alimentación de transferencia, como se describió anteriormente. Una vez que las líneas de alimentación de transferencia están cebadas, la primera nave espacial se puede acoplar con la segunda nave espacial. Esto representa el modo de operación más seguro y permite cebar el sistema y verificar si hay fugas antes de poner en riesgo a una segunda nave espacial. En modalidades alternativas, la primera nave espacial se acopla con la segunda nave espacial antes de cebar las líneas de alimentación de transferencia. En algunas modalidades, el acoplamiento se puede realizar utilizando cualquier medio conocido y se lleva a cabo en un lugar alejado del sistema de transferencia de fluido. En otras modalidades, el acoplamiento se puede realizar a través de una interfaz de acoplamiento dedicada en condiciones de realizar una conexión fluida durante el proceso de acoplamiento. En esas modalidades, el acoplamiento se ubicará esencialmente en el mismo lugar donde se realiza la conexión fluida. Se reduce la presión en las líneas de alimentación de transferencia y se establece una conexión fluida entre la primera nave espacial y la segunda nave espacial. Antes de transferir fluido, se determina la presión deseada y, si fuera necesario, la presión en el sistema de transferencia de fluido se ajusta en consecuencia. Ahora se puede transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial. Una vez que se ha transferido una cantidad predeterminada de fluido, la presión en las líneas de alimentación de transferencia se reduce para permitir que la primera nave espacial y la segunda nave espacial se desconecten.
En algunas modalidades, el método anterior se puede implementar mediante uno o más procesadores, como se ilustra en la figura 4. Otras implementaciones pueden incluir un medio no transitorio legible por ordenador, por ejemplo, tal como un medio legible por ordenador que almacena datos por períodos de tiempo cortos como memoria de registro, caché de procesador y memoria de acceso aleatorio (RAM). El medio legible por ordenador también puede incluir medios no transitorios, tal como almacenamiento a largo plazo secundario o persistente, como, por ejemplo, memoria de solo lectura (ROM), discos ópticos o magnéticos y memoria de solo lectura de disco compacto (CD-ROM). Los medios legibles por ordenador también pueden ser cualquier otro sistema de almacenamiento volátil o no volátil. El medio legible por ordenador se puede considerar, por ejemplo, un medio de almacenamiento legible por ordenador, un dispositivo de almacenamiento tangible u otro artículo de fabricación.
Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito con referencia a ciertas modalidades, los expertos en la técnica entenderán que se pueden realizar diversos cambios en la forma y los detalles sin apartarse del ámbito de la presente invención definido por las reivindicaciones que se adjuntan. Las referencias a "una modalidad" no se deben interpretar como limitantes de la descripción correspondiente a la misma modalidad específica, y la presente invención abarca combinaciones de características de modalidades compatibles, dentro del alcance de las reivindicaciones que se adjuntan.
Claims (15)
1. Un sistema para transferir un fluido desde una primera nave espacial a una segunda nave espacial, en donde el sistema incluye la primera nave espacial que comprende un sistema de transferencia de fluido que comprende: un sistema de suministro de presurizante (30);
un primer tanque de fluido (10) configurado para almacenar un fluido a transferir,
una o más líneas de alimentación de transferencia (20) configuradas para proporcionar una conexión fluida entre el primer tanque de fluido (10) y la segunda nave espacial,
un conector (50) para conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial,
un tanque acumulador (40) que comprende:
una primera porción (41) conectada al sistema de suministro de presurizante (30),
una segunda porción (42) configurada para estar en comunicación de fluidos con una o más líneas de alimentación de transferencia (20), y
un separador flexible (43) dispuesto para separar la primera porción (41) y la segunda porción (42); en donde el sistema de suministro de presurizante (30) está dispuesto para suministrar gas presurizante al primer tanque de fluido (10) para presurizar el primer tanque de fluido (10) y para suministrar gas presurizante a la primera porción (41) del tanque acumulador (40) para presurizar la primera porción (41) del tanque acumulador (40).
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tanque acumulador (40) está configurado de tal manera que la presión de la segunda porción (42) se ajusta modificando la presión de la primera porción (41).
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el conector (50) comprende un brazo robótico (100), y en donde el brazo robótico (100) comprende una tubería rígida y/o una tubería flexible y una o más líneas de alimentación de transferencia (20) pasan a través del brazo robótico.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el conector (50) comprende una interfaz de acoplamiento dedicada.
5. Un programa informático que comprende instrucciones que, al ser ejecutadas por un ordenador, hacen que el ordenador cuando se conecta a un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 provoque que el sistema realice las etapas que comprenden:
cebar el sistema de transferencia de fluido liberando fluido desde el primer tanque de fluido (10) hacia una o más líneas de alimentación de transferencia (20) y la segunda porción (42) del tanque acumulador (40); conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial;
transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial;
ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia (20) ajustando una presión de la primera porción (41) del tanque acumulador (40); y
desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial.
6. El programa informático de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la etapa de cebar el sistema de transferencia de fluido comprende liberar fluido del primer tanque de fluido (10) de manera que una presión del primer tanque de fluido (10), una presión de una o más líneas de alimentación de transferencia (20), y la presión del tanque acumulador (40) sean iguales.
7. El programa informático de acuerdo con la reivindicación 5 o 6 , en donde la etapa de ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia (20) se realiza antes de la etapa de conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial y/o antes de la etapa de desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial.
8. El programa informático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el primer tanque de fluido (10) se aísla cerrando una válvula ubicada entre el primer tanque de fluido (10) y una o más líneas de alimentación de transferencia (20) antes de la etapa de ajustar la presión de una o más líneas de alimentación de transferencia (20).
9. El programa informático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8 , en donde el tanque acumulador (40) se aísla cerrando una válvula ubicada entre la segunda porción (42) del tanque acumulador (40) y una o más líneas de transferencia de alimentación (20) antes de la etapa de transferir fluido desde la primera nave espacial a la segunda nave espacial.
10. El programa informático de acuerdo con la reivindicación 7, en donde aumentar la presión de la segunda porción (42) del tanque acumulador (40) y la una o más líneas de alimentación de transferencia (20) comprende presurizar la primera porción (41) del tanque acumulador (40) liberando un gas presurizante del sistema de suministro de presurizante.
11. El programa informático de acuerdo con la reivindicación 7, en donde disminuir la presión de la segunda porción (42) del tanque acumulador (40) y una o más líneas de alimentación de transferencia (20) comprende ventilar gas
presurizante desde la primera porción (41) del tanque acumulador (40) abriendo una o más válvulas conectadas a un puerto de ventilación.
12. El programa informático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, en donde el sistema de transferencia de fluido comprende además un brazo robótico (100) y en donde una o más líneas de alimentación de transferencia (20) pasan a través del brazo robótico (100).
13. El programa informático de acuerdo con la reivindicación 12, en donde antes de la etapa de conectar la primera nave espacial a la segunda nave espacial y/o antes de la etapa de desconectar la primera nave espacial de la segunda nave espacial, la primera porción (41) del tanque acumulador (40) se despresuriza para disminuir la presión de las líneas de alimentación de transferencia (20) a aproximadamente 2 bar.
14. El programa informático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13, en donde la presión requerida para transferir el fluido se determina midiendo la presión en el primer tanque de fluido (10), determinando la presión de un segundo tanque de fluido ubicado en la segunda nave espacial y configurada para recibir el fluido del primer tanque de fluido y ajustando la presión del sistema de transferencia de fluido para que sea mayor que la presión del segundo tanque de fluido mediante el uso de un sistema de suministro de presurizante.
15. El programa informático de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14, que comprende además transferir fluido a una tercera nave espacial repitiendo todas las etapas de la reivindicación 1 excepto la etapa de cebado.
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